что такое активная защита газопровода
Защита газопроводов от почвенной коррозии и блуждающих токов
Защита газопроводов от коррозии подразделяется на пассивную и активную.
Пассивная защита. Этот вид защиты предусматривает изоляцию газопровода. При этом используют покрытие на основе битумно-полимерных, битумно-минеральных, полимерных, этиленовых и битумно-резиновых мастик. Антикоррозийное покрытие должно иметь достаточные механическую прочность, пластичность, хорошую прилипаемость к металлу труб, обладать диэлектрическими свойствами, а также оно не должно разрушаться от биологического воздействия и содержать компоненты, вызывающие коррозию металла труб.
Одним из широко используемых методов пассивной защиты является изоляция липкими полимерными лентами шириной 400, 450, 500 мм или по заказу. Согласно ГОСТ 20477-86 в зависимости от толщины ленты основа ее может быть марок А или Б.
Активная защита. Методы активной защиты (катодная, протекторная, электродренажная) в основном сводятся к созданию такого электрического режима для газопровода, при котором коррозия трубопровода прекращается.
Рис. 1. Схема катодной защиты:
/ — дренажный кабель; 2 — источник постоянного тока; 3 — соединительный кабель; 4 — заземлитель (анод); 5 — газопровод; б — точка дренирования
Катодная защита. При катодной защите (рис. 1) для создания гальванической пары используется внешний источник питания 2. При этом катодом является газопровод 5, подсоединенный в точке дренирования 6 посредством дренажного кабеля к отрицательному электроду источника питания; анодом является металлическая штанга 4, заглубленная в грунт ниже зоны промерзания его.
Одна катодная станция обеспечивает защиту газопровода протяженностью до 1 000 м.
Протекторная (электродная) защита. При протекторной защите участок газопровода превращается в катод не за счет источника питания, а за счет использования протектора. Последний соединен проводником с газопроводом и образует с ним гальваническую пару, в которой газопровод является катодом, а протектор — анодом. В качестве протектора используется металл с более отрицательным потенциалом, чем у железа.
Принцип работы протекторной защиты показан на рис. 2. Ток от протектора 3 через грунт попадает на газопровод 6, а затем по изолированному соединительному кабелю к протектору. Протектор при стекании с него тока будет разрушаться, защищая газопровод.
Зона действия протекторной установки приблизительно 70 м. Главное назначение протекторных установок — дополнение к дренажной или катодной защите на удаленных газопроводах для полного снятия положительных потенциалов.
Рис. 2. Схема протекторной (электродной) защиты:
/ — контрольный пункт; 2 — соединительные кабели; 3 — протектор (электрод);
4 — заполнитель (соли + глина + вода); 5 — пути движения защитного тока в грунте; 6 — газопровод
Электродренажная защита. При электродренажной защите ток отводится из анодной зоны газопровода к источнику (рельсу или отрицательной шине тяговой подстанции). Зона защиты около 5 км.
Применяют три типа дренажа: прямой (простой), поляризованный и усиленный.
Прямой дренаж характеризуется двухсторонней проводимостью (рис.3). Дренажный кабель присоединяется только к минусовой шине. Главный недостаток заключается в возникновении положительного потенциала на газопроводе при нарушении стыковых соединений рельсов, поэтому, несмотря на простоту, эти установки в городских газопроводах не применяют.
Поляризованный дренаж обладает односторонней проводимостью от газопровода к источнику. При появлении положительного потенциала на рельсах дренажный кабель автоматически отключается, поэтому его можно присоединять к рельсам.
Рис. 3. Схема прямого (простого) дренажа:
/ — защищаемый газопровод; 2 — регулировочный реостат; 3 — амперметр; 4 — предохранитель; 5 — минусовая шина (отсасывающий кабель)
Усиленный дренаж применяют, когда на газопроводе остается положительный или знакопеременный потенциал по отношению к земле, а потенциал рельса в точке дренирования тока выше потенциала газопровода. В усиленном дренаже дополнительно в цепь включают источник ЭДС, позволяющий увеличить дренажный ток. Заземлением в данном случае служат рельсы.
Изолирующие фланцевые соединения и вставки. Они используются дополнительно к устройствам электрохимической защиты и позволяют разбивать газопровод на отдельные участки, уменьшая проводимость и силу тока, протекающего по газопроводу. Электроизолирующие соединения (ЭИС) — прокладки между фланцами из резины или эбонита. Вставки из полиэтиленовых труб применяют для отсечения различных подземных сооружений друг от друга. Установка ЭИС приводит к сокращению затрат электроэнергии за счет исключения потерь тока перетекания на смежные коммуникации. ЭИС устанавливают на вводах к потребителям, подземных и надводных переходах газопроводов через препятствия, а также на вводах газопроводов в ГРС, ГРП и ГРУ.
Электрические перемычки. Электрические перемычки устанавливают на смежных металлических сооружениях в том случае, когда на одном сооружении имеются положительные потенциалы (анодная зона), а на другом — отрицательные (катодная зона), при этом на обоих сооружениях устанавливаются отрицательные потенциалы. Перемычки применяют при прокладке по одной улице газопроводов различного давления.
Активная защита трубопроводов от коррозии
Защита трубопроводов от коррозии является важным фактором их длительной эксплуатации. Комплекс специальных мероприятий по созданию оптимальных условий позволит увеличить срок службы конструкций.
На сегодняшний день выделяют два способа: пассивная и активная защита трубопроводов от коррозии.
К первому относятся различные изоляционные покрытия. Это могут быть, к примеру, битумно-резиновые или из полимерных лент.
Независимо от вида любое покрытие должно отвечать следующим требованиям:
Более эффективным и надежным методом считается активный. Но чаще всего он применяется внутри трубопроводов для противодействия протекающей жидкости. К этому способу относят непосредственно катодную и протекторную защиту. Эти два метода имеют существенные различия между собой, но оба основаны на принципе блуждающих токов.
Активная защита от коррозии: катодный метод
Основная суть катодного метода состоит в том, что все сводится к созданию отрицательного потенциала на поверхности трубопровода. За счет этого предотвращается утечка электрического тока, сопровождающего коррозионным разъеданием.
Следует отметить, что такой метод называется еще катодной поляризацией. Впервые такая защита металлов была описана еще в 1820-х годах. Это сделал Гемфри Дэви.
В скором времени предоставленная теория была проверена на практике в 1824 году на корабле HMS Samarang. С целью уменьшения скорости ржавления меди были установлены анодные протекторы. Следует отметить, что эффект был заметен практически сразу. С того момента данный способ стал активно развиваться.
В производственных условиях активная защита трубопроводов от коррозии катодным методом имеет две вариации. Первая из них заключается в предохранении от разрушения конструкции. Для этого ее подключают к внешнему источнику тока.
Функцию катода в данном случае выполняет именно металлоизделие. При этом в качестве анода служат инертные дополнительные электроды. Данный способ актуален для применения в условиях защиты трубопроводов, металлических сварных оснований и платформ для бурения.
Что касается второй вариации, то она относится к гальваническому типу. В данном случае происходит контакт конструкции с металлом. Стоит отметить, что при этом последний с большим электроотрицательным потенциалом.
В его качестве может применяться:
Такой метод применим только в том случае, если конструкция имеет дополнительный изоляционный слой.
Активная защита трубопроводов от коррозии: протекторный метод
Протекторный метод применяется в тех случаях, когда не может быть использован катодный. Причиной этому обычно служит отсутствие источников электроснабжения. Такой метод получил свое название из-за использования электродов (протекторов). Они непосредственно закапываются в грунт рядом с защищаемым трубопроводом.
Основа этого метода точно такая же, как и в прежнем случае. Основным отличием является то, что ток, который необходим для противодействия коррозии, создается не катодом, а самим протектором.
Последний обладает большим отрицательным потенциалом, чем сам защищаемый объект. Такой метод будет более эффективным, если установку погрузить в специальную смесь солей. Она еще имеет название активатора. В качестве основных элементов смеси используется глина и гипс.
Больше об активной защите трубопроводов от коррозии можно узнать на выставке «Нефтегаз» в Москве.
Защита трубопроводов от коррозии
На сегодняшний день защита трубопроводов от коррозии представлена в нескольких разновидностях. Такой комплекс мероприятий применяется непосредственно для повышения срока службы конструкций.
Все известные способы классифицируются на 4 группы. Это непосредственно:
Каждый из методов имеет свою специфику и особенности. Наиболее популярные из них – пассивная и активная защита. Второй метод представляет собой удаление примесей из металла, которые понижают коррозийную стойкость. Он применяется еще на этапе производства труб. Под третьим методом подразумевается введение ингибиторов, которые дезактивируют агрессивную среду.
Пассивная защита трубопроводов от коррозии
Данный метод, который включает защита трубопроводов от коррозии, представляет собой использование специальных покрытий с различными материалами для изоляции. Наиболее популярными считаются битумно-резиновые и из полимерных лент.
Независимо от материала покрытия к нему предъявляется ряд требований:
Основная суть данного метода заключается в том, что на поверхность трубопровода наносится изоляционное покрытие. Оно может быть произведено на основе битума, полимерной ленты или напыленного полимера.
Наиболее популярный первый вариант. Такая изоляция осуществляется на основе 85% нефтяного битума марки IV. При этом используется 15% минеральный наполнитель. Чаще всего в ее качестве служит каолин. Данное покрытие отличается высокой стойкостью к механическим воздействиям. Но это возможно только при температуре до 0 С.
В случае с более низкими показателями необходимо дополнительно применять пластифицирующие вещества. Это может быть:
Чтобы адгезия была отменной, должна обеспечиваться чистота поверхности труб. Только в местах с идеальным блеском гарантируется прочное сцепление покрытия с материалом. Очистка производится как вручную, так и автоматически при помощи специальных станков. Следует отметить, что такая изоляция обязательно должна накладываться в горячем состоянии.
При этом поверхность трубы загрунтовывается. Данная изоляция бывает:
Каждый вид применяется в зависимости от коррозийности почвы. Как показывает практика, такая изоляция не обладает достаточной механической прочностью. В случае частой эксплуатации трубопровода коррозия может образоваться на поверхности уже через 5-8 лет.
Активная защита трубопроводов от коррозии
Для увеличения срока эксплуатации применяется еще и активная защита трубопроводов от коррозии.
Она в свою очередь разделяется на катодную и протекторную защиту. Условно выделяют еще и дренажную. Суть активной защиты основывается на эффекте катодной поляризации металлов посредством электрохимической обработки.
В первом случае это гальванический способ. Он приводит к образованию на внутренней и внешней поверхности трубы тонкой пленки из металла, который является устойчивым к коррозии. Чаще всего это цинк.
Во втором случае метод основывается на эффекте блуждающих индуцированных токов. Чтобы реализовать это, необходимо использовать подходящий источник. Он выполнен в виде питающего модуля, а также включает сетевой трансформатор и выпрямитель.
Современные технологии защиты трубопроводов от коррозии демонстрируются на ежегодной выставке «Нефтегаз» в «Экспоцентре».
Защита подземных газопроводов от коррозии
Н. Ф. Гуриненко, гл. инженер Управления по защите газовых сетей от коррозии ГУП «Мосгаз»
Вопросы защиты металлических коммуникаций от коррозии возникли одновременно с началом их внедрения. Уже в средние века кованые железные и литые чугунные трубы покрывали расплавленным пеком или древесным дегтем. В середине XIX века начали применять оцинкованные трубы. Для защиты водопроводных сетей в 1837 г. во Франции и в 1843 г. в США применяли обмазку из цементного раствора, данная технология используется и в наше время.
С появлением электрифицированного транспорта, телефонной канализации с кабелями в свинцовой оболочке, увеличением протяженности коммуникаций, выполненных из стальных труб, резко увеличилось количество коррозионных повреждений за счет воздействия блуждающих токов.
В 1892 г. были впервые высказаны предупреждения об опасности разрушения газовых труб, проложенных в агрессивных грунтах и под влиянием блуждающих токов.
Первая установка катодной защиты для газопровода и водопровода, проложенных вдоль трамвайной линии, была сооружена в 1906 г. в Германии. В качестве источника постоянного тока использовался генератор.
В нашей стране активная защита была внедрена в начале 1930-х годов на кабелях связи. Количество повреждений в 1933-1935 гг. составляло в среднем 1 350 повреждений оболочек кабеля в год. После устройства электрозащиты количество повреждений резко снизилось и в 40-х годах сократилось до 20-15 повреждений.
Коррозионных повреждений газопроводов, вызываемых блуждающими токами, в довоенные годы в Москве почти не наблюдалось. Это объясняется тем, что основная масса газопроводов состояла из чугунных труб.
Соотношение чугунных и стальных труб по годам выражалось в следующих цифрах:
| Таблица | ||||||||||||||||||||||||
|
Как видно из приведенных цифр, до 1950 г. преобладали чугунные газопроводы, однако надо отметить, что с 1940 г. в Москве прокладывались только стальные газопроводы.
Чугунные газопроводы с раструбными соединениями имеют несравненно большее продольное сопротивление, чем сварные стальные газопроводы, и по существу представляют собой секционированное сооружение, поэтому при расположении в поле блуждающих токов чугунные раструбные газопроводы с точки зрения коррозионной устойчивости гораздо долговечнее стальных.
Надо также принять во внимание, что чугунные трубы, будучи неизолированными, имеют большую поверхность касания с землей, в то время как стальные касаются земли лишь в местах нарушения изоляции.
При этом стенки у чугунных труб значительно толще, и вследствие этого сквозные повреждения появляются значительно медленнее.
К началу 1950 г. в Москве протяженность трамвайных путей составляла 530 км. В 1954 г. была закончена электрификация всех железнодорожных направлений Московского узла, начатая в 1929 г. Резко возросло опасное влияние на подземные металлические сооружения блуждающих токов. Доля стальных газопроводов в 1952 г. составляла 78% от общей протяженности.
Стал наблюдаться значительный рост коррозионных повреждений газопроводов. Учитывая сложившуюся ситуацию, Исполком Моссовета в своем решении (от 3.08.1953 г. за № 52/6) отметил участившиеся случаи повреждений металлических подземных сооружений от действия блуждающих токов электрифицированного транспорта и связанный с этими повреждениями ущерб, наносимый населению и городскому хозяйству, и обязал московские организации, эксплуатирующие подземные сооружения, в том числе и Управление газового хозяйства, организовать группы по контролю и защите от коррозии подземных металлических коммуникаций. Этим же решением всем проектным организациям предложили включать в проекты прокладки металлических подземных сооружений мероприятия по защите сооружений от почвенной коррозии и блуждающих токов.
Одновременно на ОПС была возложена координация межведомственных вопросов, связанных с контролем и охраной подземных металлических сооружений Москвы от действия блуждающих токов и почвенной коррозии. К сожалению, с 1992 г. ОПС практически прекратил эту координацию.
В сентябре 1954 г. при лаборатории треста «Мосгаз» была организована группа защиты газопроводов от коррозии.
С первых же дней своего существования группа защиты приступила к систематическим электроизмерениям блуждающих токов на газопроводах, инструментальной проверке качества изоляционного покрытия вновь строящихся газопроводов, а также к периодической проверке состояния изоляции труб действующей газовой сети.
В 1955 г. в районе поселка «Зил» на Симферопольском бульваре были построены две электродренажные установки. С этого года начинается внедрение активной защиты на газовых сетях Москвы.
К моменту создания в 1962 г. Управления по защите газовых сетей от коррозии силами треста «Мосгаз» было построено 32 защитные установки, составлены маршрутные карты на все подземные газопроводы.
Кроме того, этими же установками защищается 800 км смежных с газопроводами подземных коммуникаций (водопровод, кабели связи).
Основным показателем эффективной работы ЭЗУ является обеспечение на газопроводе защитного потенциала согласно требованиям ГОСТ 9-602-89.
К сожалению, состояние изоляционного покрытия газопроводов не всегда соответствует требованиям ГОСТ.
Подразделения ГУП «Мосгаз» за последние 20 лет проделали значительную работу по восстановлению повреждений изоляционного покрытия.
Количество повреждений сократилось с 2 000 в год (1980 г.) до 140 повреждений в настоящее время.
Анализ расследования коррозионных повреждений (25 случаев в 1999 г. и 12 случаев за 9 месяцев 2000 г.) показывает, что все случаи коррозии тела трубы произошли в местах повреждения изоляции при строительстве газопровода.
В настоящее время значительно расширена лаборатория ГУП «Мосгаз» по контролю качества работ при строительстве газопроводов, что значительно повысит качество этих работ и исключит случаи, имевшие место при выдаче заключений на проверку изоляции лабораториями при строительных организациях.
Данные меры позволят в дальнейшем свести количество коррозионных повреждений к минимуму.
Как было сказано выше, величина защитного потенциала напрямую связана с величиной тока электрозащитной установки.
Так как финансовая ситуация в ГУП «Мосгаз», как и в других городских организациях, довольно напряженная, остро встал вопрос о снижении затрат.
Экономия электроэнергии позволит сократить соответственно и затраты.
При эксплуатации электрозащитных установок экономию возможно получить за счет следующих мероприятий:
В 1960-70 гг. в эксплуатацию вводилось ЭЗУ, где применялись катодные преобразователи с кпд 0,6-0,7. В настоящий момент внедряется оборудование с кпд 0,8-0,85.
Ежегодно производится замена 170-180 единиц оборудования. На сегодняшний день разработаны преобразователи с кпд 0,95.
Экономический эффект можно будет получить только через 20 лет, а расчетный срок службы составляет 10 лет. В качестве анодных заземлителей (АЗ) при строительстве ЭЗУ с 1969 г. широкое применение получили глубинные анодные заземлители от 30 до 50 м (первый глубинный анодный заземлитель был построен в Германии в 1962 г.).
Применение этих заземлителей позволило значительно снизить сопротивление контура, при вводе установки в эксплуатацию оно составляет 0,5-1,1 Ом, в то время как у поверхности (6-12 м) оно равно 2-3,5 Ом, что, в свою очередь, увеличивает сроки капитального ремонта контура АЗ.
Применение глубинных АЗ позволило также снизить потребление электроэнергии (из-за низкого сопротивления контура), особенно в первые 6-7 лет эксплуатации.
Основным мероприятием по снижению потребления электроэнергии и повышению эффективности работы ЭЗУ является ликвидация несанкционированных электрических соединений газопровода с другими металлическими сооружениями (водопровод, кабели связи, теплосеть, железобетонные конструкции зданий) путем установки изолирующих фланцевых соединений (ИФ) или изолирующих вставок.
С начала массового строительства ЭЗУ (1969 г.) ИФ устанавливались только на тупиковых газопроводах, идущих на промышленные предприятия.
Установка ИФ на жилых домах в то время была технически невозможна из-за того, что газопроводы в основном имели подземные вводы и значительная часть прокладывалась в коллекторах, где имелась электрическая связь с другими коммуникациями.
В настоящее время основная часть вводов вынесена на цоколь, и силами «Мосгаза» ведется работа по выносу газопроводов из коллекторов, создались условия для установки ИФ с целью снижения потребляемой электроэнергии, повышения эффективности ЭЗУ, увеличения срока службы АЗ.
ГУП «Мосгаз» разработана и введена в действие «Концепция по защите подземных газопроводов г. Москвы от коррозии», где предусматривается установка ИФ на жилых домах. Проекты на реконструкцию газовых сетей предусматривают также установку ИФ.
Начиная с 1999 г., в план эксплуатационных Управлений ГУП «Мосгаз» также включены работы по установке ИФ на действующих сетях.
Установка фланцев решает следующие задачи:
Всего в 1999 г. было установлено 550 фланцевых соединений, из них 181 были установлены в среднем по 16-20 шт. в отдельных микрорайонах в разных частях Москвы.
При проведении анализа результатов установки ИФ на 10 объектах установлено, что на 9 из них достигнут положительный результат; в среднем на 15-20% повысились защитные потенциалы, что позволило снизить величину защитного тока (в отдельных случаях на 50%), а также достичь величины защитного потенциала, удовлетворяющего требованиям ГОСТа.
Только на одном объекте в районе Садово-Кудринской ул., где было установлено 26 ИФ, положительных результатов достичь не удалось, объясняется это тем, что газопроводы данного района проложены в 1953-55 гг. и изоляционное покрытие не отвечает физико-техническим требованиям.
В настоящее время Управление с целью определения оптимальных мест установки ИФ проводит обследование газовой сети с помощью прибора РСМ (токовый топограф трубопровода) производства Англии.
Данное обследование позволяет выявить места контактов газопровода с другими подземными коммуникациями, а также величину утечки тока через вводы в дома.
По данным обследования эксплуатационными Управлениями в 2000 г. будет установлено 255 ИФ (в среднем по 26 ИФ на микрорайон), общее количество ИФ, установленных к концу года, составит 600 шт.
Остановлюсь на разработке проектов электрозащиты перекладываемых газопроводов. К сожалению, по сложившейся практике проектировщики, разрабатывающие активную защиту, подключаются к проектированию на последней стадии, когда линейная часть уже спроектирована, что в ряде случаев влечет за собой неоправданные затраты на сооружение ЭЗУ и их эксплуатацию из-за вынужденного увеличения защитного тока.
Линейную часть необходимо согласовывать с отделом, разрабатывающим мероприятия по защите на начальной стадии, что позволит значительно сократить затраты на защиту газопровода за счет снижения количества электрозащитных установок.